全球约有三分之一的可食用农产品在采后阶段因机械损伤、代谢过程、微生物病原体和害虫而损失(El Khetabi等人,2022年)。采后疾病主要由真菌、细菌和害虫引起,而果实成熟和损伤会加剧病原体感染(Petrasch等人,2019年)。食品变质带来了食品安全和环境保护的挑战,因为病原体会产生黄曲霉素和赭曲霉素等毒素,这些毒素难以清除,可能导致急性中毒、肝脏损伤甚至癌症(Wild和Hall,2000年;Goessens等人,2024年)。
目前的采后保鲜方法主要依赖于化学杀菌剂、物理低温储存和改良气氛包装(Augusto等人,2018年)。化学药剂效果显著,但长期使用会促进病原体抗性产生,且化学残留物对人类健康和环境构成威胁(Thivya,2022年;H. Dong等人,2024年)。物理技术避免了化学残留,但可能影响果实品质、消耗大量能源,并对某些疾病的防治效果有限(Yoon等人,2020年;Susilo等人,2022年;Baena等人,2023年)。因此,迫切需要创新高效、安全且环保的保鲜技术。表1展示了不同采后病害控制方法的对比。
双链RNA(dsRNA)作为一种创新的生物技术工具,在食品保鲜方面展现出巨大潜力。该技术利用了广泛存在于真菌、昆虫和植物中的RNA干扰(RNAi)机制,通过诱导同源mRNA的有效特异性降解来抑制目标基因表达(Dang等人,2011年)。RNAi最初在植物中被发现,被称为共抑制或转录后基因沉默(Napoli等人,1990年),后来在秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)中重新被发现并命名为RNAi(Fire等人,1998年)。RNAi已在植物、昆虫、动物和微生物中得到验证(Wytinck等人,2020年)。采后保鲜处理主要采用喷雾诱导的基因沉默(SIGS),dsRNA通过Dicer酶切割成小干扰RNA(siRNA)(图1)(Wang等人,2021年)。随后,siRNA的 passenger 链也会被Dicer酶降解。形成的复合物与Argonaute(AGO)结合形成RNA诱导的沉默复合体(RISC)(Svoboda,2020年)。该复合体通过切割含有互补序列的目标mRNA来沉默目标基因的表达。
跨界RNAi的概念指的是dsRNA跨越物种界限,在其他生物体内沉默目标基因(Weiberg等人,2015年)。这一独特性质使dsRNA成为一种有前景的生物农药和保鲜剂,能够选择性地抑制关键病原体基因。dsRNA在防治果蔬采后病害和害虫方面表现出有效性(Liu等人,2012年;Weiberg等人,2013年;Wang等人,2017年)。该技术可通过调节食品基因表达直接影响成熟过程并延长保质期(Yang等人,2017年;Xia等人,2025年)。其特点是高特异性、对非目标生物的影响微小,并在环境中快速降解,长期污染风险较低(Mitter等人,2017年;Bennett等人,2020年)。
本文整合了RNAi的基本机制,研究了不同物种间核心RNAi组分的功能差异和扩展。真菌中的Dicer样(DCL)蛋白协同模式、昆虫系统性RNA干扰缺陷-1(SID-1)转运系统的种间变异以及植物RNAi途径的特殊调控层次共同构成了采后dsRNA设计的分子基础。在此基础上,本文系统讨论了dsRNA的目标设计策略和大规模生产系统,特别强调了以质体转化技术为代表的植物系统作为生物反应器的作用。通过比较采前植物保护和采后食品保鲜的应用模式,明确了采后场景中对目标生物的特殊要求、递送方法、环境压力及总体目标。文章深入分析了采后病原体控制、果蔬生理调节和储存害虫管理三个方向的目标选择、递送方法、影响因素及实际案例,并探讨了采后特有的挑战、技术效果瓶颈、安全监管和经济可行性问题,提出了纳米载体封装、多靶点协同设计和智能释放系统等应对策略。